这项研究由荷兰马斯特里赫特大学医学中心+人类生物学系的Rens L.J. van Meijel、Max A.A. Vogel（共同第一作者）、Gijs H. Goossens（通讯作者）等研究人员共同完成。研究论文《mild intermittent hypoxia exposure induces metabolic and molecular adaptations in men with obesity》于2021年发表于期刊《Molecular Metabolism》。
二、学术背景 本研究属于代谢与内分泌学领域，聚焦于“缺氧”在肥胖及相关代谢并发症中的作用。先前研究表明，肥胖个体的脂肪组织氧分压（Adipose Tissue Partial Oxygen Pressure, AT pO₂）升高，并与胰岛素抵抗正相关；而减重可降低AT pO₂并改善胰岛素敏感性。这提示靶向组织氧合可能成为改善代谢健康的新策略。然而，关于缺氧暴露对代谢影响的研究结论不一，可能与缺氧的严重程度、模式和持续时间有关。动物研究和一项未设对照的人体试验提示，长期、轻度的间歇性缺氧（Mild Intermittent Hypoxia, MIH）可能改善糖代谢。但缺乏设计严谨、对照良好的人体研究来系统评估MIH对组织特异性胰岛素敏感性及其他心脏代谢风险因素的影响，其内在机制亦不明确。
因此，本研究旨在通过一项随机、对照、单盲的交叉试验，探究连续7天MIH暴露对超重/肥胖男性代谢的影响。主要科学目标是：验证MIH能否降低脂肪组织（AT）和骨骼肌（SM）的氧分压；评估其对全身及组织特异性（脂肪组织、肝脏、骨骼肌）胰岛素敏感性（主要研究终点）的影响；观察其对空腹及餐后底物代谢的影响；并通过对受试者组织活检及原代细胞培养实验，从分子层面探索潜在机制。
三、详细研究流程 本研究是一项人体干预研究与体外细胞实验相结合的综合性研究。
1. 人体干预研究设计： 这是一项随机、对照、单盲的交叉试验。研究对象为12名超重/肥胖男性（BMI ≥28 kg/m²，年龄30-65岁，HOMA-IR ≥2.2），排除了吸烟、心血管疾病、2型糖尿病等干扰因素。受试者以随机顺序接受两种为期7天、间隔3-6周洗脱期的干预：① 轻度间歇性缺氧（MIH）：吸入氧浓度（FiO₂）为15%（相当于海拔约2800米），每天3个周期，每周期2小时，周期间穿插1小时常氧暴露；② 常氧对照（Normoxia）：FiO₂为21%。干预在一个可精确调控氧浓度的密闭临床房间内进行，受试者对干预方案设盲。在整个研究期间，通过提供标准化饮食使受试者保持能量平衡。
2. 具体流程与测量： 研究流程高度结构化，关键测量安排在干预后期进行。 * 第1-7天： 每日进行MIH或常氧暴露，监测全身氧饱和度（SpO₂）。受试者进行标准化的轻度阶梯活动。 * 第6天： 在干预状态下，使用一种高精度的光化学测量系统，通过微透析技术连续监测腹部皮下脂肪组织和腓肠肌的间质氧分压（AT pO₂和SM pO₂）。这是该团队开发并验证的用于人体活体组织氧监测的技术。 * 第7天： 进行高脂肪混合餐负荷试验。受试者在摄入高脂餐（61%脂肪）前后，接受为期4小时的间接热量测定以评估能量消耗和底物氧化（碳水化合物氧化CHO、脂肪氧化FAO），并采集系列血样分析血糖、胰岛素、游离脂肪酸、甘油三酯、甘油和乳酸等代谢指标。 * 第8天： 在常氧条件下进行两步高胰岛素-正葡萄糖钳夹试验。这是评估胰岛素敏感性的金标准方法。首先输注稳定同位素标记的葡萄糖（D-[6,6-2H2]-glucose）示踪剂测定基础内源性葡萄糖产生（EGP）。随后，依次输注低剂量（10 mU·m⁻²·min⁻¹）和高剂量（40 mU·m⁻²·min⁻¹）胰岛素，分别评估肝脏胰岛素敏感性（通过EGP抑制百分比）和脂肪组织胰岛素敏感性（通过游离脂肪酸抑制百分比），以及外周（主要是骨骼肌）胰岛素敏感性（通过高胰岛素状态下的葡萄糖处置率Rd）。在钳夹试验开始前（空腹状态）和结束时（高胰岛素状态），分别采集股外侧肌和腹部皮下脂肪组织活检样本。 * 组织与样本分析： 采集的组织和血液样本用于多种分析：(a) 骨骼肌线粒体功能：使用高分辨率呼吸测量仪在离体通透性肌纤维上评估氧化磷酸化能力。(b) 基因表达：对脂肪和肌肉组织进行全转录组微阵列分析，并进行基因集富集分析（GSEA）。© 蛋白表达：通过蛋白质印迹法分析骨骼肌中磷酸化AMPK、磷酸化Akt以及氧化磷酸化复合体蛋白的表达。(d) 血浆炎症因子：检测TNF-α、IFN-γ、IL-6、IL-8等水平。
3. 原代细胞实验： 为了在机制上验证人体研究发现，研究团队平行开展了原代细胞实验。 * 细胞来源与培养： 使用从瘦型、胰岛素敏感男性获取的原代人类骨骼肌成肌细胞，将其分化为肌管；并使用从超重/肥胖男性获取的多能脂肪间充质干细胞，将其分化为脂肪细胞。 * 缺氧处理模拟： 肌管暴露于不同氧浓度（1%、3%、21%）24小时，以模拟体内MIH（基于测得的SM pO₂）和标准实验室条件。脂肪细胞则在分化最后7天，暴露于模拟生理常氧（10% O₂）或MIH（每天3周期，在5%和10% O₂间交替）的环境中。 * 功能与分子检测： 在两种细胞中检测：(a) 基础及胰岛素刺激下的葡萄糖摄取。(b) 在肌管中，使用AMPK抑制剂（Compound C）和激动剂（AICAR）探讨AMPK在缺氧诱导葡萄糖摄取中的作用。© 蛋白表达（肌管中的p-AMPK、OXPHOS）。(d) 脂肪因子分泌（脂肪细胞中的VEGF、瘦素等）及基因表达。
4. 数据分析流程： 主要使用配对样本t检验（正态分布数据）或Wilcoxon符号秩检验（非参数数据）比较MIH与常氧干预下的差异。餐后曲线下面积（AUC）采用梯形法计算。体外实验采用相应非参数检验。基因表达数据通过GSEA分析通路变化。样本量基于预期外周胰岛素敏感性发生20%有生理意义的变化进行估算。
四、主要结果 1. MIH有效降低了全身及组织氧合水平： 与常氧相比，MIH期间全身SpO₂显著下降（92.0% vs. 97.1%）。更重要的是，MIH使AT pO₂降低了约42%（21.0 vs. 36.5 mmHg），SM pO₂降低了约38%（9.5 vs. 15.4 mmHg），首次在人体证明了该MIH方案可切实降低关键代谢组织的氧分压。SM pO₂显著低于AT pO₂，反映了其更高的代谢率。未报告不良反应。
2. MIH诱导代谢向糖酵解转变： MIH未显著改变能量消耗，但显著提高了空腹及餐后呼吸交换率（RER）和碳水化合物氧化率，同时降低了脂肪氧化率。这种代谢转变伴随着餐后血浆乳酸浓度的显著升高，提示糖酵解速率增加。然而，空腹及餐后血糖、胰岛素、游离脂肪酸等浓度未受MIH影响。这种代谢转变在干预结束次日（第8天，处于常氧下）仍然持续，表明MIH的影响具有延续性。
3. 体外实验揭示AMPK介导的骨骼肌葡萄糖摄取增加机制： 在模拟体内缺氧条件（1% O₂）下培养的人原代肌管中，基础葡萄糖摄取显著增加（相较于3%和21% O₂），胰岛素刺激的葡萄糖摄取绝对值也增加，但胰岛素刺激的增幅未变。机制上，1% O₂暴露增加了肌管中AMPK的磷酸化（激活）。使用AMPK抑制剂Compound C可完全阻断缺氧诱导的基础葡萄糖摄取增加，而AMPK激动剂AICAR可模拟此效应，证明缺氧通过激活AMPK途径增加骨骼肌胰岛素非依赖性的葡萄糖摄取。相比之下，在原代脂肪细胞中，MIH暴露并未改变葡萄糖摄取。
4. MIH未改善组织特异性胰岛素敏感性： 高胰岛素-正葡萄糖钳夹试验结果显示，与常氧相比，7天MIH暴露后，肝脏胰岛素敏感性（EGP抑制率）、脂肪组织胰岛素敏感性（FFA抑制率）以及外周（骨骼肌）胰岛素敏感性（葡萄糖处置率Rd）均未发生显著变化。与此一致，骨骼肌活检显示，胰岛素信号通路关键蛋白Akt的磷酸化水平（空腹及胰岛素刺激后）以及AMPK的磷酸化水平在MIH干预后也未改变。
5. MIH对组织分子表型的影响具有差异性： * 脂肪组织： 基因集富集分析显示，MIH上调了与炎症（如NF-κB激活通路）、碳水化合物和脂质代谢相关的通路，同时下调了与细胞外基质（ECM，如胶原组装）、细胞周期和线粒体翻译相关的通路。然而，这种组织局部的炎症相关基因上调并未转化为系统性的炎症标志物（TNF-α, IFN-γ, IL-6, IL-8）变化。 * 骨骼肌： MIH未引起骨骼肌基因表达通路的显著变化。同时，离体线粒体呼吸功能测定和OXPHOS复合体蛋白表达分析均表明，MIH未改变骨骼肌的氧化能力。体外肌管实验也证实，短期缺氧暴露不影响OXPHOS蛋白表达。 * 脂肪细胞： 体外实验中，MIH降低了脂肪细胞VEGF和瘦素的分泌，并下调了瘦素mRNA表达，但未影响IL-6、MCP-1和脂联素。
6. 其他发现： MIH引起了平均心率的轻微但显著增加，但不影响血压。受试者的饥饿感、饱腹感和口渴感未受影响。
五、结论与意义 本研究首次通过严格设计的随机对照试验证实，对超重/肥胖男性进行连续7天的轻度间歇性缺氧暴露，能够有效降低其脂肪组织和骨骼肌的氧分压，并诱导全身代谢向糖酵解途径转变，同时在脂肪组织中引发涉及炎症、代谢和细胞外基质重塑的分子适应。然而，这一系列的生理和分子改变并未转化为脂肪组织、肝脏或骨骼肌胰岛素敏感性的改善。
其科学价值在于：1）提供了MIH降低人体组织pO₂的直接证据；2）明确了短期MIH对代谢的复杂影响谱，即优先改变底物利用方向（增加糖利用）而非胰岛素敏感性本身；3）通过整合人体实验与细胞模拟，揭示了骨骼肌中AMPK依赖的胰岛素非依赖性葡萄糖摄取增加是缺氧诱导代谢转变的一个关键机制；4）提示缺氧暴露的代谢效应具有组织特异性和复杂性，脂肪组织的基因应答与骨骼肌不同，且局部应答不一定反映在系统水平。
其应用价值与启示在于：虽然本研究未证实该特定MIH方案能改善胰岛素敏感性，但为“氧气信号”作为代谢调节靶点提供了重要线索。未来研究需要探索更长的干预周期、不同的缺氧强度/模式（如更严重的缺氧），或评估其他人群（如2型糖尿病患者、女性）的反应。此外，本研究也为探索通过药物手段（如脯氨酰羟化酶抑制剂）模拟缺氧信号以改善代谢并发症提供了理论参考。
六、研究亮点 1. 研究设计严谨： 首次在超重/肥胖人群中进行的随机、对照、单盲交叉试验，最大程度控制了混杂因素，结论可靠。 2. 技术创新与整合： 成功应用了自主研发的活体组织氧分压监测技术；结合了高精度代谢评估方法（钳夹技术、间接测热法）与多层次分子生物学分析（组织基因组、蛋白质组、原代细胞功能实验），形成了从整体到细胞、从现象到机制的完整证据链。 3. 发现新颖： 明确了短期MIH的核心效应是促进“糖酵解代谢转换”而非“胰岛素增敏”，并阐明了骨骼肌AMPK通路在此过程中的关键介导作用，深化了对缺氧代谢适应的理解。 4. 视角辩证： 研究结果没有简单支持或否定缺氧的“有益”作用，而是客观揭示了其效应的多面性和条件依赖性，为未来研究方向提供了精准的切入点。
七、其他有价值内容 本研究坦诚地指出了若干局限性：1）研究对象仅限于患有肥胖、糖代谢轻度受损的男性，结果可能不适用于其他人群（如女性、糖尿病患者）；2）MIH总暴露时间相对较短（共42小时），更长期或更严重的缺氧暴露可能产生不同效应；3）组织活检在最后一次缺氧暴露后约16小时进行，可能错过了某些急性分子变化（如AMPK磷酸化）。这些为后续研究的改进和拓展指明了方向。